[发明专利]一种六自由度立体定位装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种六自由度立体定位装置和方法，特别是涉及一种通过无线测距的六自由度立体定位装置和方法。

背景技术

随着工业生产方式的变化和行业需求的发展，出现了各种定位需求，其中包括对刚体的六个自由度的测量需求。现存在几种接触式的六自由度测量方法，但在有些场景下，接触式测量会给被测刚体的运动带来一定阻碍，并且接触式测量会带来额外的测量误差。

现有的无线立体定位标签如《一种简单精确的射频定位系统和方法》专利公开号WO2013007089所述的系统只能够定位其标签所在的立体位置，不能测量器标签所指立体方位角，还有一些定位装置是利用陀螺仪进行角度定位，但陀螺仪难以避免累积误差。

此外相关论文如《六自由度测试系统》孙长库等，仪器仪表学报，Vol.19No.4，《同时测量物体六自由度的方法》匡萃方等，激光技术，Vol.29No.5，《六自由度运动的非接触式测量系统的研究》施奇等，实验技术与管理，Vol.26No.8公开了一些测量物体六自由度的方法，但这些系统测量过程较为繁琐，需要设定大量瞄准设备和辅助标记物，待测刚体距离较远时解析度较低，应用场景受限。

发明内容

本发明的目的是提供一种六自由度立体定位装置和方法，特别是提供一种通过无线测距的六自由度立体定位装置和方法，利用无线测距技术测量出足够多的距离数据，通过数值计算方法计算出六自由度立体定位信息。

本发明的一种六自由度立体定位装置，包含三个子装置，RFID读写控制器、六自由度立体定位发送装置和六自由度立体定位接收装置；

所述RFID读写控制器，包括RFID读写模块、处理控制单元和人机交互界面；

所述六自由度立体定位发送装置，包括无线电测距发射器、转向与角度测量构件、处理单元、RFID标签和基板；所述六自由度立体定位发送装置，利用其转向与角度测量构件的旋转，使其无线电测距发射器设置于三个不共线的发射参考点；

所述六自由度立体定位接收装置，包括无线电测距接收器、转向与角度测量构件、处理单元、RFID标签和基板；所述六自由度立体定位接收装置，利用其转向与角度测量构件的旋转，使其无线电测距接收器设置于三个不共线的接收参考点。

作为优选的技术方案：

所述RFID读写控制器中，所述RFID读写模块为一块可嵌入于移动式设备的中长距离超高频射频标签读写器模块，完成中长距离超高频射频标签读写功能；

所述处理控制单元根据使用者的指示，通过所述RFID读写模块，按一定的顺序发出控制指令并接收测量结果，利用数值方法计算出六自由度立体定位信息；

所述人机交互界面，用于接收使用者的指示并输出被测物体的六自由度立体定位测量结果。

所述六自由度立体定位发送装置中，所述转向与角度测量构件有两个端点，一端在基板上作为转向中心点，所述转向与角度测量构件能以转轴中心点为原点，遵从控制指令，在平行于基板的平面上转动到指定角度，另一端用于固定所述无线电测距发射器，所述无线电测距发射器与所述转向与角度测量构件的转向中心点之间的距离恒定已知为r₁；

所述六自由度立体定位接收装置中，所述转向与角度测量构件有两个端点，一端在基板上作为转向中心点，所述转向与角度测量构件能以转轴中心点为原点，遵从控制指令，在平行于基板的平面上转动到指定角度，另一端用于固定所述无线电测距接收器，所述无线电测距接收器与所述转向与角度测量构件的转向中心点之间的距离恒定已知为r₂；

所述处理单元执行控制指令并反馈控制指令执行结果；

所述RFID标签是一块可嵌入于移动式设备的中长距离超高频射频标签，用于接收RFID读写控制器的控制指令，将控制指令转交给所述处理单元，并将控制指令执行结果反馈至RFID读写控制器；

所述基板用于承载所述转向与角度测量构件、处理单元和RFID标签；

所述无线电测距发射器通过无线电发射无线测距参考信号；

所述无线电测距接收器通过接收无线电测距发射器发射的无线测距参考信号，测量无线电测距接收器与无线电测距发射器之间的直线距离。

本发明还提供了一种六自由度立体定位方法，将所述接收装置设定在外部参考点上，将所述发射装置设定在被测物体上，所述RFID读写控制器、所述接收装置和所述发送装置执行预定控制指令，所述RFID读写控制器利用数值方法计算得出被测物体的六自由度立体定位信息；

作为优选的技术方案：